發(fā)布時間：2017-10-22 23:17

  本文關鍵詞：腫瘤假體置換感染因素分析及鈦表面功能化體外生物學研究

  更多相關文章： 假體感染 表面功能化 生物活性 抗菌活性 鈦

【摘要】：研究背景 鈦及其合金具有良好的生物相容性、綜合力學性能和生物環(huán)境下的抗腐蝕性能,已被廣泛和大量應用于人工關節(jié)假體等骨科植入醫(yī)療器械的制造。然而,鈦基植入物仍面臨一些挑戰(zhàn)與不足,如松動和感染。松動和感染等并發(fā)癥一旦發(fā)生可導致明顯的肢體功能障礙、增加患者痛苦、降低患者生活質量以及大大增加醫(yī)療費用。 松動和感染等并發(fā)癥的發(fā)生與人工關節(jié)材料、手術方式和患者個體因素等有關。隨著手術方式的不斷改進和患者圍手術期個性化的綜合治療,這些并發(fā)癥有所下降,但仍時有發(fā)生。人工關節(jié)假體等鈦基植入物存在生物惰性高、生物活性較差、不具備抗菌性能等不足,易導致早期松動和感染等并發(fā)癥。如何提高材料表面生物活性,使之既能促進骨整合而又可一定程度上抑制細菌粘附,從而降低松動與感染風險,成為了當前人工關節(jié)等鈦基植入物研究的熱點和難點。 由于人體骨骼細胞外基質是由豐富的納米級羥基磷灰石和膠原蛋白納米纖維組成,許多研究工作一直致力于具備生物啟發(fā)功能的納米化表面,使生物相容性良好的鈦表面成為一種仿生生物活性界面,從而提高成骨細胞的黏附,促進骨整合。然而,當前大多數的研究都是關注哺乳動物細胞和納米表面之間的相互作用,而細菌與納米材料之間的相互作用的相關研究卻很少,其相互作用仍不清楚。 廣東工業(yè)大學輕工化工學院利用化學腐蝕技術在純鈦表面制備特定形貌和尺寸的納米化結構,但其具體的生物學性能如何尚不清楚。另一方面,有研究發(fā)現鈦經紫外線照射的光催化效應可增加鈦植入物的生物活性,并因其顯著的活性和獨特的起效機制吸引了廣泛的關注。但是,紫外線照射作為一種新型的表面處理技術,經其處理的鈦表面對細胞的黏附、增殖、成骨分化和礦化以及對細菌的粘附等生物學行為的影響亦尚不清楚。 研究目的 統(tǒng)計廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院骨病關節(jié)科近年來行四肢骨腫瘤瘤段切除人工關節(jié)置換術的術后感染情況,并進一步分析感染發(fā)生的相關因素。體外條件下觀察酸蝕處理納米鈦對小鼠前成骨細胞粘附、增殖、成骨分化和礦化等細胞生物學功能的影響；進一步觀察紫外線照射酸蝕處理納米鈦對小鼠骨髓間充質干細胞粘附、增殖、成骨分化和礦化以及對細菌的粘附等細胞生物學功能的影響,為后期動物實驗及臨床應用提供參考依據。 研究方法 1.腫瘤假體置換術后感染的相關因素分析 通過統(tǒng)計廣州軍區(qū)廣州總醫(yī)院骨病關節(jié)科2011年4月至2013年10月期間收治的31例因四肢惡性或侵襲性骨腫瘤行瘤段切除人工關節(jié)置換術的術后感染情況,并進一步對感染發(fā)生的相關危險因素進行統(tǒng)計分析。 2.酸蝕處理納米鈦的表征及體外生物活性研究 應用化學腐蝕技術在純鈦表面制備納米化結構,通過掃描電鏡觀察材料的表面形貌,并采用直接接觸法進行細胞實驗,實驗分為納米表面組(N Ti組)、粗糙鈦表面組(R Ti組)和光滑鈦表面(S Ti組)為對照組,掃描電鏡觀察3組試件的超微結構,以小鼠前成骨細胞系為研究對象,采用4’,6-二脒基-2-苯基吲哚(4',6-diamidino-2-phenylindole, DAPI)染色法通過熒光顯微鏡觀察細胞的早期黏附、掃描電鏡下觀察材料表面細胞黏附形態(tài)、CCK-8比色法檢測細胞增殖活力、對硝基苯磷酸酯(p-nitrophenylphosphate, p-NPP)法檢測細胞內堿性磷酸酶(ALP)活性、茜素紅染色法觀察礦化結節(jié)形成并進行定量分析觀察細胞材料表面的礦化能力。 3.紫外線照射酸蝕處理納米鈦的體外生物活性研究 機械加工鈦(Machined Ti)與酸蝕處理鈦(Acid-etched Ti)接受或不接受紫外線(UV)照射。實驗分為Acid-etched Ti+UV組、Machined Ti+UV組、Acid-etched Ti組和Machined Ti組4組,通過接觸角測量儀測定4組材料的接觸角,觀察其表面親疏水性；通過直接接觸法進行細胞及細菌實驗,以小鼠骨髓間充質干細胞為研究對象,采用DAPI染色法通過熒光顯微鏡觀察細胞的早期黏附、掃描電鏡下觀察材料表面細胞黏附形態(tài)、CCK-8比色法檢測細胞增殖活力、p-NPP法檢測細胞內堿性磷酸酶(ALP)活性、茜素紅染色法觀察礦化結節(jié)形成并進行定量分析觀察細胞材料表面的礦化能力；以金黃色葡萄球菌及表皮葡萄球菌為研究對象,采用共培養(yǎng)后超聲分離培養(yǎng)定量計數法觀察4組試件對細菌粘附的影響。 結果 1.術后隨訪時間6-36個月,平均20.13個月。瘤段切除+腫瘤假體置換術后假體深部感染的總體感染率為16.13%(5/31)。與非感染組相比較,感染組的術前血紅蛋白水平及術后使用抗生素的時間大致相同,而感染組的術前白細胞計數較低(少34.46%)、術中出血量較低(少322.61m1)、手術時間較短(短0.33h)。 2.通過HF/HNO3混合溶液預處理獲得微米級臺階表面,然后以H2SO4/H2O2混合溶液繼續(xù)酸蝕構建了納米化的純鈦表面(N Ti組,又稱Acid-etched Ti組),該材料在掃描電鏡下觀察見微米級的臺階上形成了網狀納米結構。接觸角測定實驗結果顯示Acid-etched Ti組的的親水性優(yōu)于Machined Ti組,其表面接觸角分別為20.4。和75.2。。經紫外照射處理后,兩組材料的接觸角均有下降,結果顯示Machined Ti+UV組接觸角降為28.2。,而Acid-etched+UV Ti組降為4.0。。其中,Acid-etched+UV Ti組顯示超親水性。 3.以小鼠前成骨細胞系為研究對象,觀察不同表面粗糙度的材料對細胞黏附、增殖、成骨分化及礦化能力等細胞生物學功能的影響。黏附能力實驗結果表明孵育30、60和120min后N Ti組材料表面黏附的細胞數均顯著多于R Ti組和STi組,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.01)。掃描電鏡觀察顯示,與R Ti組和S Ti組相比,細胞在N Ti組材料表面粘附更多且鋪展面積更大。增殖能力實驗顯示3和5d后細胞在N Ti組材料表面的增殖高于R Ti組和S Ti組,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.05)。復合培養(yǎng)7d后,N Ti組材料表面成骨細胞的堿性磷酸酶表達顯著高于R Ti組和S Ti組,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.01)。復合培養(yǎng)14d后,茜素紅染色結果顯示,N Ti組材料表面鈣結節(jié)的形成明顯多于R Ti組和S Ti組,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.01)。 4.以小鼠骨髓間充質干細胞為研究對象,觀察機械加工鈦與酸蝕處理鈦接受或不接受紫外線照射4組材料對細胞黏附、增殖、成骨分化及礦化能力等細胞生物學功能的影響。黏附能力實驗結果表明孵育30、60和120min后Acid-etched Ti組表面黏附的細胞數均顯著多于Machined Ti組,差異有統(tǒng)計學意義(P0.01)；經紫外照射處理后,兩組材料表面早期粘附的細胞數量均顯著增多,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.05)。掃描電鏡觀察顯示,與Machined Ti組相比,Acid-etchedTi組表面細胞的粘附狀態(tài)更佳且粘附數量更多；經紫外照射處理后,兩組材料表面細胞的粘附狀態(tài)及細胞數量均進一步獲得改進和提高。增殖能力實驗顯示第1、3和5d Acid-etched組OD值均高于Machined Ti組,其中第1和5d差異均有顯著性(P0.05)；經紫外照射處理后,兩組材料表面細胞的增殖能力均有不同程度的提高,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.05)。復合培養(yǎng)7d后,Acid-etchedTi組的ALP活性高于Machined Ti組,差異有統(tǒng)計學意義(P0.01)。經紫外照射處理后,兩組材料表面細胞的增殖能力均有不同程度的提高,差異有統(tǒng)計學意義(P0.01)。復合培養(yǎng)14d后,茜素紅染色結果顯示,Acid-etched組OD值高于Machined Ti組,Acid-etched+UV Ti組OD值高于Acid-etched組,Machined Ti+UV組OD值高于Machined Ti組,差異均有顯著性(P0.01)。 5.以金黃色葡萄球菌及表皮葡萄球菌為對象,觀察機械加工鈦與酸蝕處理鈦接受與不接受紫外線照射4組材料對細菌黏附的影響,結果表明Acid-etched Ti組表面粘附的細菌數量顯著多于Machined Ti組。經紫外照射處理后,兩組材料表面粘附的細菌數量均顯著減少,差異均有統(tǒng)計學意義(P0.05),其中Acid-etched Ti+UV組,與Acid-etched Ti組相比,降低了3-4倍。 結論 1.感染難以杜絕,本病例組的感染率與國外文獻比較并不高。由于手術前后經歷化療,患者抵抗力下降,白細胞數量少,更容易出現感染。在目前的醫(yī)療環(huán)境和社會環(huán)境中,抗菌素使用面臨困境。 2.我們利用化學腐蝕技術,通過HF/HNO3混合溶液預處理獲得微米級臺階表面,然后以H2SO4/H2O2混合溶液繼續(xù)酸蝕構建了納米化的純鈦表面。該表面為一種類似網狀的表面超微結構,其表面網狀突起為納米級。 3.體外實驗結果顯示,純鈦納米網具有良好的促進成骨細胞粘附、增殖、成骨分化和礦化的生物活性,可能有利于促進植入物與周圍組織的骨整合。 4.酸蝕處理納米化鈦結合紫外線照射處理對細胞粘附、增殖、堿性磷酸酶(ALP)活性和成骨礦化也表現出顯著的促進作用,可能更有利于促進植入物與周圍組織的骨整合。 5.未經紫外線照射處理,酸蝕處理鈦表面既可促進骨髓間充質干細胞(BMSC)的粘附,又可增加細菌粘附；紫外線照射處理的酸蝕處理納米化表面不僅顯著促進的細胞粘附,而且也能抑制細菌粘附。納米化表面改性結合紫外線照射處理組合改性的純鈦,既有利于促進植入物與周圍組織的整合,又可抑制表面細菌粘附,在骨科植入材料方面可能具有良好的應用前景。
【關鍵詞】：假體感染 表面功能化 生物活性 抗菌活性 鈦
【學位授予單位】：南方醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：R318.08
【目錄】：

• 摘要3-8
• ABSTRACT8-16
• 前言16-20
• 第一章 腫瘤假體置換術后感染的相關因素分析20-25
• 1 引言20
• 2 材料與方法20-21
• 3 結果21-22
• 4 討論22-24
• 5 小結24
• 參考文獻24-25
• 第二章 酸蝕處理納米鈦的表征及體外生物活性研究25-38
• 1 引言25
• 2 材料與方法25-28
• 3 結果28-33
• 4 討論33-34
• 5 小結34-35
• 參考文獻35-38
• 第三章 紫外線照射酸蝕處理納米鈦的體外生物活性研究38-57
• 1 引言38-39
• 2 材料與方法39-43
• 3 結果43-50
• 4 討論50-52
• 5 小結52
• 參考文獻52-57
• 全文總結57-58
• 綜述58-69
• 參考文獻64-69
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表論文69-70
• 致謝70-72

【參考文獻】

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1 敬和民;吳欣強;郭莉莉;劉永前;呂曼琪;楊柯;姚治銘;柯偉;;含Ag-Zn無機抗菌劑的Ca_3(PO_4)_2涂層的抗菌性能[J];材料保護;2007年05期

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本文編號：1080543